Полимеры с волокнистыми наполнителями - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Главная цель наполнения полимеров волокнами - это получение сверхпрочных и легких материалов. Удельная прочность (отношение разрывной прочности к плотности) и удельный модуль упругости (отношение модуля к плотности) волокно-наполненных полимеров (волокнитов) превосходит эти показатели для наиболее прочных и жестких материалов.
Прочность и легкость материала определяют сейчас возможности космической, авиационной и автомобильной технике. Поэтому композиции из наполненных волокнами полимеров получили самое широкое развитие.
Компоненты для ПКМ с волокнистыми наполнителями:
Связующее. Для получения волокнитов с наиболее высокими прочностными свойствами необходимо использовать длинные волокна. Но длинные волокна нельзя смешивать с высоковязким полимером, их можно только пропитать олигомером, а затем олигомер отвердить для придания ему высоких модуля упругости и прочности. Поэтому в качестве основы для получения высокопрочных композиций используют термореактивные олигомеры, такие как: эпоксидные, фенолформальдегидные, кремнийорганические, полиэфирные и др., которые после пропитки ими волокна и формования изделия отверждают. В случае использования термореактивных смол легче добиться высокой адгезии связующего к волокну.
В последнее время все шире в качестве связующего для волокнитов стали использовать термопласты. Термопласты возможно наполнить только короткими хаотично расположенными волокнами путем смешения коротковолокнистых наполнителей или рубленого волокна с полимером. При смешении волокно ломается. Поэтому получить композиции на основе термопластов с очень высокими прочностными характеристиками не удается. Но даже сравнительно небольшое усиление термопластов волокнами является весьма желательным. Упрочняют волокнами в основном высокомодульные термопласты, такие как: полиамиды, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, поликарбонат, полипропилен, полиимид, АБС-пластики и аналогичные им. При использовании неполярных полимеров с низкой адгезией к волокну, таких как полипропилен, поликарбонат, приходится прибегать к модификации полимеров для повышения их адгезии к наполнителю.
Наполнители. В мире выпускается огромное количество всевозможных волокон для наполнения полимеров. Все используемые для наполнения полимеров волокна можно поделить на короткие и непрерывные. Непрерывные волокна получают только искусственным путем. Непрерывные волокна бывают безуглеродные, углеродные и органические. Короткие волокна делятся на природные и искусственные.
Рассмотрим непрерывные волокна. Сюда относятся стеклянные, керамические (из оксидов металлов), базальтовые, борные, металлические и др. волокна.
Наиболее распространенными являются стеклянные волокна. В мире выпускается большое количество стеклянных волокон из различных марок стекла. В зависимости от марки стекла, механические свойства волокон существенно различаются. Стеклянные волокна получают путем продавливания расплава стекла через фильеры с последующим вытягиванием вытекшего расплава в нити и одновременным их охлаждением. Эти волокна выпускаются в виде непрерывных нитей, крученых и некрученых жгутов (ровница), тканей, нетканых листовых материалов, рубленных волокон, измельченных волокон, матов из перепутанных непрерывных волокон. Стеклянные волокна сравнительно недороги ($1-2 за кг), поэтому полимерные композиты на их основе нашли самое широкое применение.
Базальтовые волокна получают из базальтовых пород по технологии, аналогичной получению стеклянных волокон. Базальтовые волокна по механическим свойствам незначительно уступают стеклянным, но заметно дешевле их.
Борные волокна получают методом химического выделения бора и его осаждения из газовой фазы на непрерывно движущуюся нагретую вольфрамовую нить. Такой сложный метод получения волокон обуславливает их высокую цену ($450 за кг). Но их уникальные свойства оправдывают такие расходы при использовании в авиакосмической и ракетной технике.
Керамические волокна получают из оксидов металлов (алюминия, циркония, бериллия). Эти волокна не отличаются очень высокой удельной прочностью, их главное достоинство - высокая термостойкость (1400-1650°С). Кроме того, они имеют очень высокую химическую стойкость и стойкость к окислению. Поэтому ими усиливают пластмассы для изготовления химической аппаратуры, тормозных и фрикционных изделий, узлов двигателей.
Углеродные волокна также являются весьма дорогими ($40-200 за кг). Их получают медленной карбонизацией углеводородных волокон в инертной атмосфере. Чаще всего для этого используют волокна из полиакрилонитрила. Благодаря низкой плотности углеродные волокна по удельной прочности и удельному модулю упругости превосходят большинство других волокон. Это свойство является очень важным для различных летательных аппаратов, что определило их широкое использование в авиакосмической и ракетной технике.
Для упрочнения полимеров широко используют волокна из органических полимеров. Наибольшее распространение получили волокна из ароматических полиамидов (арамидные волокна). Эти волокна получают вытягиванием расплава полимера, вытекающего из фильер. За счет большой молекулярной массы полимера и высокой степени вытяжки удается получать высокомодульные и высокопрочные органические волокна.
Стоимость этих волокон находится в пределах $20-25 за 1 кг. Благодаря низкой плотности эти волокна во многих областях вытесняют сейчас стеклянные волокна.
Из природных коротких волокон нашли применение волластонитовые и асбестовые волокна. Волластонит - это игольчатый силикат кальция. Его добывают шахтным способом, а затем измельчают и просеивают.
Из асбестов используют хризотиловый асбест, который представляет собой сильно гидратированный силикат магния. Асбест добывают обычным способом, распушают на мельницах и затем отделяют от пустой породы. Различные марки асбеста отличаются длиной волокна. Асбест в виде волокнистого порошка широко используется для наполнения различных реактопластов и термопластов.
Синтетические коротковолокнистые наполнители получают путем выращивания нитевидных монокристаллов из различных соединений (оксидов, карбидов, нитридов и др.). Диаметр кристаллов различен и колеблется от сотен нанометров до 30 мкм. Такие наполнители получили название "усы". Эти монокристаллы из-за совершенства строения обладают очень высокими механическими свойствами. Нитевидные монокристаллы являются очень перспективными наполнителями термопластичных и термореактивных полимеров.
Похожие статьи
-
Композиции с дисперсными наполнителями - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Сочетание полимеров с наполнителями позволяет получать материалы с совершенно новыми эксплуатационными свойствами. Наполнители способны оказывать...
-
Существует несколько видов классификации полимерных композиционных материалов, в основу которых положены различные признаки. Однако из-за многообразия...
-
История создания композиционных материалов - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов
Общепризнанно, что уровень развития техники в значительной степени определяется наличием необходимых материалов. Наиболее наглядно это можно проследить...
-
Для того чтобы рассуждать о полимерных композиционных материалах, прежде всего, необходимо определить, что понимается под этим термином. Однако точного и...
-
СВОЙСТВА МЕМБРАН И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МЕМБРАНЫ - Полимеры в мембранах
Эффективность или совершенство некоторой полимерной газоразделительной мембраны определяется двумя ее основными свойствами - параметрами: ее...
-
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН - Полимеры в мембранах
Основными материалами для изготовления плоских полимерных мембран являются: ацетаты целлюлозы, ароматические полиамиды, полисульфонамид, полиэфирсульфон,...
-
Материалы, получаемые на основе полимеров - Полимеры и материалы на их основе
На основе полимеров получают волокна, пленки, резины, лаки, клеи, пластмассы и композиционные материалы (композиты). Волокна получают путем продавливания...
-
Особые механические свойства эластичность - способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки); малая хрупкость...
-
Здесь следует подчеркнуть, что вторичной переработке могут быть подвергнуты только ТПО из термопластичных синтетических материалов, т. е. материалов,...
-
Введение, Теоретическая часть - Механические свойства полимеров
Цель работы: Изучить прочность полиэтиленово й пленки при деформации растяжения и процесс релаксации напряжения. Построение деформационной и...
-
Применение - Получение композиционных материалов
Очень широкая область применения связана с созданием различных покрытий на основе гибридных материалов, которые могут обладать повышенной механической...
-
ВВЕДЕНИЕ - Функциональные полимеры на основе крахмала и изучение их физико-химических свойств
Природный полимер крахмал имеет уникальные свойства, а его производные во многих областях применения могут конкурировать с производными целлюлозы,...
-
Физические свойства кремнийорганических полимеров - Кремнийорганические полимеры
Кремнийорганические полимерные жидкости не имеют запаха, сильно различаются по вязкости, температуре кипения и замерзания. Они очень термостойки и если...
-
Применение - Важнейшие представители полимеров
В строительной технике полистирол в основном применяют для производства пенополистирола методом поризадии полистирола, в результате чего он получает...
-
Полиакрилонитрил (ПАН) [-CH2-CH(CN)-]n синтезируют из акрилонитрила C3H3N аналогично получению полистирола и поливинилхлорида. Он состоит из линейных...
-
Золь-гель технология - Получение композиционных материалов
Наиболее изученные системы в золь-гель химии, безусловно, системы на основе кремния, которые также явились исторический началом химии золь-гель...
-
Крахмал сополимер гель акриловый В данном обзоре литературы рассмотрены наиболее значимые работы, выполненные за последние годы, по физической и...
-
(Обзор литературы) Карбоксиметилкрахмал: получение и свойства Путем химической модификации крахмала получено большое число простых и сложных эфиров...
-
Все волокнистые материалы различного происхож-дения, известные на сегодняшний день, могут служить полуфабри-катом для производства бумаги и картона....
-
Получение полимерного стекла - Формовочные полимеры
Полиметилметакрилатное органическое стекло получают радикальной полимеризацией метилметакрилата в массе. В зависимости от назначения в состав...
-
Полимер мембрана наполнитель пластификатор "Смешение твердых порообразователей с раствором или расплавом полимера, последующая экструзия и затвердевание...
-
Современное развитие строительства трудно представить себе без использования продукции хим. Промышленности: применения и внедрения новых конструкционных...
-
Пластичными массами называют материалы, полученные на основе полимеров, содержащие различные добавки и способные под влиянием температуры и давления,...
-
Применение - Свойства и применение алюминия
Широко применяется как конструкционный материал. Основные достоинства алюминия в этом качестве -- легкость, податливость штамповке, коррозионная...
-
Химические свойства кремнийорганических полимеров - Кремнийорганические полимеры
Силоксаны содержат два или более атомов кремния, связанных посредством одного или нескольких атомов кислорода: Два атома кремния, связанные таким...
-
Исследование термических и электрических свойст клеящих полимеров, их стойкости к воздействию кислорода, различных агрессивных сред, атмосферных...
-
Получение нанокомпозитов через аэрогели - Получение композиционных материалов
Композитные материалы получают путем объединения двух различных материалов. В общем, создание композитов используется для того, чтобы использовать...
-
Пайка меди и ее сплавов - Изменение физико-химических свойств материалов путем диффузии
Технически чистая медь имеет высокие теплопроводность и электропроводность, и достаточно высокую коррозионную стойкость. Она устойчива к атмосферной...
-
Гибридные материалы - Получение композиционных материалов
Материалы, полученные за счет взаимодействия химически различных компонентов, чаще всего органических и неорганических, формирующих определенную...
-
В 1999 исследователи из Университета Вены продемонстрировали применимость корпускулярно-волнового дуализма к таким молекулам как фуллерен Гидратированный...
-
Наноматериалы - Получение композиционных материалов
Наноматериалы - материалы, созданные с использованием наночастиц и / или посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами,...
-
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН, Получение мембран из растворов полимеров - Полимеры в мембранах
Разделяющая способность мембран, их производительность и стабильность характеристик зависят не только от химической природы полимера, но и от хитростей...
-
Введение - Получение композиционных материалов
Композиционный материал, композит - искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей...
-
Полимеры в машиностроении - Полимерные соединения
Ничего удивительного в том, что эта отрасль - главный потребитель чуть ли не всех материалов, производимых в нашей стране, в том числе и полимеров....
-
В настоящее время из всех полупроводниковых материалов наибольшее применение для изготовления полупроводниковых ИМС получил кремний. Кремний - элемент IV...
-
Общие сведенья - Свойства электролитических хромовых покрытий
Хром - металл стального цвета с голубоватым оттенком. Наличие многих ценных физико-химических свойств обусловило хромовым покрытиям широкое применение во...
-
Применение в производстве, Литература - Кремнийорганические полимеры
В строительстве широко используют низкомолекулярные кремнийорганические полимеры в виде жидкостей для придания гидрофобных свойств поверхностям различных...
-
Медицина - Серебро: основные свойства и роль в мировой культуре
Одной из важных сфер использования серебра являлась алхимия, тесно связанная с медициной. Уже за 3 тыс. лет до н. э. в Китае, Персии и Египте были...
-
Как делают бумагу в наши дни - Бумага. Классификация бумаги, ее свойства
Начальным звеном в технологической цепочке изготовления бумаги служит открытый склад древесного сырья, называемый лесной биржей. Такие склады есть у...
Полимеры с волокнистыми наполнителями - Понятие и свойства полимерных композиционных материалов